实验三不同粒径泥沙起动流速
实验三不同粒径泥沙起动流速
1 实验目的
了解在一定坡度下，不同粒径泥沙的起动流速，为探讨水土流失规律、制定水土保持措施规划和设计提供理论依据。
2 实验材料准备及沙粒粒径组的粒径值计算
将从野外采取的沙粒手工拣去石块，用标准土壤筛筛选得到一定粒径范围的分级沙粒，粒径组分别为1.00～2.00 mm、0.50～1.00 mm、0.25～0.50 mm、0.10～0.25 mm和0.074～0.10 mm计5个粒径组，筛分后每个粒径组的泥沙重量至少为5.0 kg。
当泥沙只有一个粒径组时,常采用沙粒的几何平均值作为其平均粒径值，沙粒几何平均值的计算式如下:
D i＝√D u·D b
式中: D I——某一粒径组的粒径平均值;
D u——某一粒径组的粒径上限值;
D b——某一粒径组的粒径下限值。
以上制备的每一粒径组的几何平均值如下表所示。
实验用沙粒的几何粒径值(mm)
3 实验仪器及用品
3.1 可变坡度泥沙起动流速实验装置一套，主体设备包括一个长2.0m、宽0.2m冲蚀槽和一个设置在其上方的溢流式可调节流量恒水位供水水箱（图3.1）。
3.2 普通秒表一块。
3.3 红、篮液体指示剂各400 ml。
3.4 测坡仪一个。
3.5 记录本、铅笔、橡皮、小刀、计算器等文具用品适量。
3.6 Y250型毕托管4套。
4 实验原理
泥沙在水流冲击下的起动流速受到多种因素的影响，主要有泥沙的几何形状、泥沙粒径大小、地面坡度、泥沙所处边壁条件的粗糙状况、水流流量大小和其流速的高低等。
本实验为简化影响条件，选用特定形状的沙粒（花岗岩风化沙粒）和特定的边壁糙率条件（糙率为0.0020），通过改变沙粒粒径、地面坡度、水流流量和流速来探讨不同粒径沙粒在特定边壁条件和不同地面坡度下的起动流速。
5 地面坡度设计和沙粒起动的判别标准
5.1 地面坡度设计
地面坡度设计为5°、10°、15°、20°、25°和30°6种。
5.2 沙粒起动判别标准
泥沙在水流冲击下，不可能同时起动或同时不动。
因此沙粒的起动判别就必须遵循一定的标准。
我国学者窦国仁对克雷默(H. Kramer)提出的推移质运动状态进行了定量分析，他以近底流速u0作为标志泥沙起动的水力指标，据此他提出了相当于克雷默的三种推移质运动状态的起动概率Pc, 它们分别为:
(1) 个别起动Pc1＝0.00135
(2) 少量起动Pc2＝0.0227
(3) 大量起动Pc3＝0.159
本研究取Pc3=0.159作为判别泥沙起动的统一定量标准.
6 实验步骤
6.1 将冲蚀槽的坡度调节到5°，分别将备好的5个粒径组的沙粒投放于实验槽内100～300颗沙粒。
在定床条件下逐渐加大流量Q以使流速V增大，当有15%以上沙粒开始在底床运动时，即为在该特定条件下的沙粒起动流速Uc。
不同槽面坡度下非粘性花岗岩沙粒起动流速如表3.1所示.
表3.1 5°槽面底坡时沙粒起动流速Uc(m/s)
注: 起动流速Uc测定分成两个完全独立的实验组,每一组对每一测定的Uc值进行5～10次实验测定,剔除不正常值后根据各次观测到的泥沙起动流速值Uci计算得Uc值.
6.2 将冲蚀槽的坡度分别调至10°、15°、20°、25°和30°，依次放入备好的5种粒径的沙粒，通过调节供水水箱的阀门以改变所需的流量和流速，重复6.1中所述内容，将观测数据分别记录于表3.2、表3.3、表3.4、表3.5和表3.6。
表3.2 10°槽面底坡时沙粒起动流速Uc (m/s)
表3.3 15°槽面底坡时沙粒起动流速Uc(m/s)
表3.4 20°槽面底坡时沙粒起动流速Uc(m/s)
表3.5 25°槽面底坡时沙粒起动流速Uc(m/s)
表3.6 30°槽面底坡时沙粒起动流速Uc(m/s)
注: 起动流速Uc测定分成两个完全独立的实验组,每一组对每一测定的Uc值进行5～10次实验测定,剔除不正常值后根据各次观测到的泥沙起动流速值Uci计算得Uc值。
7 实验数据整理
将表3.1～表3.6的槽面坡度和水流流速实验数据整理（将相同槽面坡度和同一沙粒粒径下的10个地表径流流速数据初步对比分析，如果相对相差均≤5%时，取其10个径流流速的平均值作为该条件下的起动流速值；如其中一个数据的相对相差均>5%时，则剔除该数据取另9个起动流速数据的平均值作为该种条件下的起动流速值。
）后输入计算机进行计算。
如果以沙粒起动流速为因变量、以不同槽面坡度下的沙粒的几何粒径值为自变量进行回归分析，可得不同槽面坡度时的方程如下式：
Uc = A D i B
式中：Uc ——沙粒的起动流速（m/s）；
A ——方程系数；
D i——某一粒径组沙粒的几何粒径（mm）；
B ——方程的指数。
如果以沙粒起动流速为因变量、以槽面坡度、沙粒的几何粒径值为自变量进行回归分析，可得方程如下式：
Uc = C αA D i B
式中: C ——常数；
α——槽面坡度（度）；
A，B——分别为α和D I的指数。
其它符号意义同前。
8 实验报告的编写
描述实验过程，根据数据分析结果和构建的回归数学模型，讨论槽面坡度、沙粒粒径与其起动流速之间的关系。
水流作用下泥沙起动实验报告
水流作用下泥沙起动实验报告第一章实验说明1.1实验目的本实验为配合河流动力学中水流作用下泥沙起动部分的教学而设置。
通过实验希望达到以下目的：1.学习在水槽中通过测量流速推算床面摩阻流速和表观糙率的方法；学习水流作用下泥沙起动条件的测定方法，通过实际观察泥沙的起动过程，加深对泥沙起动现象的感性认识；2.通过实验仪器的操作，学会用螺旋流速仪测试流速的基本方法，提高动手能力；3.结合泥沙起动相关理论的学习，加深对泥沙起动理论的理解；4.提高数据整理、分析和实验报告的编写能力。
1.2实验要求1．实验之前，预习泥沙起动的相关理论，包括Shields 理论、窦国仁公式及武水公式。
2．实验过程中仔细观察泥沙起动情况，特别注意床面泥沙运动特征随水流强度变化而变化的情况。
3．认真完成实验过程的每个环节，包括水流速度、水深、水温的数据采集等。
4．认真编写实验报告，客观、真实地记录实验过程的主要步骤，清晰表达所观测的数据，注意尽量使用图表等表达实验结果，并将观测结果与相关理论结果进行对比，最后对所取得的结果进行分析和评价1.3实验设备装置实验所需仪器和设备包括自循环波流实验水槽、沙盘、螺旋流速仪、温度计、钢尺、沙样等。
1.4实验原理1、泥沙起动标准河底泥沙在水流条件较弱时处于静止状态。
随着水流强度的增强，泥沙将出现一个由静止状态转为运动状态的突变过程，称为泥沙起动，而相应泥沙起动时的临界水流条件称为泥沙起动条件，可用垂向平均流速、床面摩阻流速或床面剪应力等指标来表征。
由于水流的脉动性、泥沙颗粒的不均匀性以及泥沙在床面上排列方式的差异等因素的影响，泥沙起动条件具有一定随机性，表现为即使是均匀沙也不会同时进入起动状态。
但从统计角度看，泥沙起动条件仍然具有确定性。
实际泥沙起动实验中，克雷默（H. Kramer）曾将泥沙起动程度划分为轻微起动、中等强度泥沙起动和普遍起动三个标准。
轻微起动时，床面只有屈指可数的沙粒开始起动；中等强度泥沙起动是指进入起动状态的泥沙颗粒数量难以计数；而普遍起动是指全部泥沙都进入起动状态，并伴随有床面变形。
长江泥沙起动流速公式探讨
４９．４
４９．０ ４６．７ ４．３
４９．１
｛３．２ ５１．４ ５．４
４８．９
４１．８ ５０．１ ８．１
床 沙 组 成 和 粗 化 作 用 对 泥 沙起 动 的 影 响 ，在 一 定 程 度 上 可 通 过 考 虑 粗 颗 粒 的 暴 露 作 用 技 其 对 细 颗 粒 的 隐 蔽 作 用 ，以 及 起 动 颗 粒 对 不 动 颗 粒 的 撞 击 作 用 对 泥 沙 起 动 的 影 响 来 反 映 。非 均 匀 沙 的 暴 露 作 用 和 隐 蔽 作 用 是 相 伴 出现 的 非 均 匀 抄 中 ， 部 分 细 颗 粒 被 水 流 冲 刷 以后 ． 对 于 粗 颗 粒 由于 四周 失 去 帮 衬 ，受 到 暴 露 作 用 ；对 于 细 颗 粒 ，则 由 于 四 周 有 粗 颗 粒 的 环 绕 ， 受 到 隐蔽 作 用 。许 多 试 验 结 果 表 明 ，非均 匀 沙 中 较 细 颗 粒 的 起 动 流 速 大 于 同 粒 径 的 均 匀 沙起
（Ｉｍ）粘 性 细 颗 粒 泥 沙 的 粘 性 作 用 试 验 研 究 表 明 ，对 于 粘 性 细 颗 粒 泥 沙 ，粒 径 愈 细 ，起 动 流 速 愈 大 。产 生 这 种 现 象 的 原 是颗粒 闻粘结力的作 用 原状 粘性土的 粘结力 十分 复杂 ，以往研 究较少 ，枝 对基 本沉实但未 特 殊 固结 的粘 性 细 颗 粒 泥 沙 的 粘 结 力 提 出 数 学 表 达 式 。新 淤 粘 性 抄 的 粘 结 力 与 沙 粒 之 间 的 空 隙厚度 、沙粒 在水平 面上 的投 影、水的 下压 力、土的 物理 化学特性 等许 多 因素有关 。以往 各 家提 出的 粘 结 力表 达 式 有 很 大 不 同 （五 ）水流 条件 对泥沙起动 的影响 泥 沙颗 粒 的 起 动 ．一 方 面 取 决 于 泥 沙 颗 粒 本 身 的 特 性 ．另 一 方 面 则 取 决 于 水 流 条 件 。影 响 泥 抄 起 动 的 水 流 因 素 主 要 有 近 底 水 流结 构 （包 括 时 均 结 构 和 紊 动 结 构 ）、流 速 分 布 公 式 等 作 用 在 沙 粒 上 的 流速 为 瞬 时 作 用 流速 ．它 是 一 个 随 机 变 量 ，服 从 正 态 分 布 。但 是 床 面 参 差 不 齐 的 近 底 水 流 结 构还 不 很 清 楚 ，因 此 ，目前 研 究 泥 沙 起 动 时 ．一 般 都 忽 略 了水 流 的 脉 动 作 用 和 瞬 时 底 速 的 随 机 分 布 ，而 采 用 时 均 底 速 来 表 示 。实 际 上 近 底 水 流 的 紊 动 作 用 对 泥 沙 起 动 有 一 定 影 响 ．试 验 结 果 显 示 ．即 使 时 均 底 速 为 零 ，仍 有 沙 粒 起 动 ，这 充 分 说 明 了 水 流 脉 动 的 影 响 。由 于 问 题 的 复 杂 ，时均 底 速 还 难 以 精 确 确 定 ，一 般 都 是 将 近 底 流 速 通 过 ’定 的 流速 分 布 公 式 转 换 成 垂 线 平 均 流 速 。因 此 ，选 择 合 理 的 流速 分 布 公 式 尤 为 重 要 。
03第3次课(第3章：起动流速)
1
/
2
0.2 0.05 10 3
0.14
17.61.65 0.05103
6.05107
10 0.2 0.05103 0.72
0.306m / s
窦国仁公式
Uc
0.32ln
11
h Ks
s
第3章 泥沙的起动
1、泥沙的起动：在一定的条件下，床面泥沙由静止转 为运动的现象。
2、泥沙的起动条件：泥沙颗粒由静止状态转为运动状态
基 本
时的临界水流条件，称起动的条件。
概
念
3、起动流速：当用水流垂线平均流速来表示起动条件时，
该流速称为临界起动流速。
起动条件可用起动流速或起动拖曳力表示。
4、起动拖曳力：当用水流剪切力表示起动条件时，该剪 切力称为起动拖曳力。
Uc
0.74lg
11
h Ks
s
gd 0.19 gh k
d
1/ 2
（3-34）
公式单位为g、cm、s制。
式中：δ为薄膜水参数，可取 0.213104 cm
k 为粘结力参数， k 2.56cm 3 / s 2
s
gh
ha
1/
2
（3-11）
18
3.2.1.1
张瑞瑾公式
5. 用垂线平均流速表示的起动流速公式
Uc
C1
h d
m
s
gd
C
2
d1 d
s
gh
sci论泥沙砾石的起动流速
论泥沙砾石的起动流速
毛宁
(南京水利科学研究院 河流海岸研究所, 交通运输部 港口航道泥沙工程重点实验室, 南京 210024)
摘要: 在泥沙起动的希尔兹曲线基础上, 讨论比较了类同 的各家 试验曲 线变化的 共同点。 即最容易 冲刷起 动的泥
沙粒径为 0. 1~ 0. 2 mm; 再粗或再细, 其起动流速渐升。同时, 从实用观点考虑, 找出了希尔兹曲线和类 同试验曲线
粒 d 抗冲阻力的比值作为纵坐标, 估算泥沙起动的
准则, 即 [ 2]
7c
=
Sc ( Qs - Q) gd
=
u*2
Qs Q
-
1
gd
( 1)
另一个变量参数是泥沙雷诺数 R e*
= u* d作为 v
横坐标。因为纵、横坐标都包含着沿底水流剪切流
速 u* , 求起动时剪切应力 Sc 或剪切流速 u* 需要试 算, 所以后人为能直接由粒径 d 查用曲线的临界剪 切应力 Sc 或剪切流速 u* , 则 把横坐标 R e* 再进行 修正, 例 如泥 沙专 著文 献 [ 3] 改 换辅 助线 坐标 为
引用和判断这些公式计算的结果。
3 细粒泥沙与粘性土的起动流速
关于细颗粒泥沙的起动流速, 愈细愈大的机理 分析, 国外学者多是引用希尔兹试验曲线, 从水力学 的边界层理论出发研究的 [ 3- 5, 9 ] , 即细粒泥沙淹没在 床面水流的近壁层流层 ( L am inar or v iscous sub layer) , 受控于层流; 粗颗粒高出层流层进入紊流区, 受 紊动漩涡的向上吸力, 减轻了颗粒的有效重; 因而层 流时的泥沙起动较之紊流时需要更大的水流能量,
ChJ /Q=
ghJ联立求解可得 u*
对泥沙起动流速公式的验证与分析
对泥沙起动流速公式的验证与分析作者：柯帅张凯来源：《卷宗》2018年第23期摘要：利用多组天然河流资料以及模型试验资料，运用相关系数法、最小距离法、集中系数法和偏离系数法对选取的5组具有代表性的公式进行验证和分析。
结果表明：虽然各检验方法的侧重点有所不同，但四种验证方法的结果都表明张红武、卜海磊公式在计算泥沙起动流速时精度更高、适用性更强；说明其更加适合计算天然河流的泥沙起动流速，可作为工程设计的参考。
关键词：天然河流；泥沙；起动流速；公式验证经过200多年的发展，国内外学者利用模型试验和现场观测得到了许多起动流速的公式[1]。
但是由于泥沙具有随机性和复杂性，泥沙起动流速如何确定到现在还没有完全解决，现有公式大多属于半经验、半理论公式。
并且由于各公式在推导的过程中存在考虑资料来源和理论基础的不同，公式的形式、适用范围以及精度也相差较大。
在工程实际中如何选择比较精确的起动流速的公式也是科研人员和工程师所关心的问题。
本文利用多组天然河流资料以及模型试验资料，对部分起动流速公式进行了验证与分析。
1 验证方法起动流速计算公式验证主要是比较起动流速实测值与计算值的接近程度，以及实测值点群与计算值点群分布是否相似。
目前常用的方法有经验判别法、关系数法、最小距离法、集中系数法、偏离系数法以及聚类分析法[2]，因不同判别方法的依据不同，为客观的对各公式进行验证，以表示实测样本集，以表示计算样本集，选取上述方法中的四种对起动流速公式进行验证。
1.1相关系数法相关系数法以两样本间的线性相关度作为评价指标。
本文采用夹角余弦相关系数：（1）其中为实测值与计算值的协方差，、分别表示实测值、计算值的方差。
相关系数R越大说明公式计算值与实测值相关性越好，即预测精度越高，反之，相关性越差。
1.2 最小距离法距离是聚类统计量的一种，它可以描述两样本间的相近程度，两样本间的距离越小表明越相近，当距离为0，则两样本完全相同。
本文使用常用的欧氏距离，鉴于本文中样本的变异范围较大，应使用Z标准化对样本集处理并得到新的样本集。
钱塘江河口细颗粒泥沙起动流速研究
水
度 ， 现水槽 内水位 高度 的无级调 节 。 实
道
港 口
第 ３ 卷第 ５ １ 期
为便 于放 置原 型沙并模 拟真 实床面情 况 ， 槽试 验段用 有机玻璃 垒 出一块长 ４ｍ、 ０８ｍ、 ００ 在水 宽 ． 高 ． ｍ ８ 梯形 平 台 ， 台上 根据 原 型沙 的不 同样 本形 状 ， 平 开挖 长方 形 凹槽 或 圆形 凹槽 。 沙表 面用 推板 抹 平 ， 泥 使泥 面
第 ３ 卷第 ５期 １
２１ 年 ｌ 月 ００ ０
水
道 港 口
Ｖｏ ＿ Ｎｏ５ ｌ ３１ ． ０ｃ． ０１ ｔ２ ０
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ａ ｅ ｗａ ｎ ｒ ｏ ｏ ｒ ａ ｔ ｒ ｙ ａ ｄ Ｈａ ｂ ｒ ｏ Ｗ
钱 江 细 粒 沙 动 速 究 塘 河口 颗 泥 起 流 研
底 沙 和悬 沙差 异较 小 ， 以细粉 砂 为 主 ， 中值 粒径 一 般为 Ｏ０ — ．４ｍ 分选 良好 ， ．２ ００ ｍ， 由于 河 床滩 槽 组 成物 质 经 过 长期往 返搬 运 分选 ， 乏粘 性颗 粒 ， 冲能力低 ， 冲易淤 。 文在 泥 沙水槽 试 验 的基础 上 ， 缺 抗 易 本 根据 钱 塘江 河 口实测含 沙量 与流 速过程 资 料 ， 析钱 塘江河 口泥 沙 的起 动 流速 ， 分 供工 程应 用参考 。
基金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 （０ ７ １３ ； 家 水体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项 （ ０ ９ Ｘ ７ ２ ） 国 家 自然 科 学 青 年 基 国 １７２ ６ ）国 ２ ０ Ｚ ０ ４４ ； 金 （ ００ ０ ７ ４８６３ ）
泥沙沉速实验报告
泥沙沉速实验报告引言沉积是河流、湖泊、海洋等自然水体中的重要过程之一。
沉积速度的测定对于研究水体的流动特性和沉降物的运移有着重要的意义。
本次实验旨在通过观察不同颗粒物在水体中的沉降速度，探究泥沙的沉降特性。
材料与方法材料本实验所用材料如下：- 透明的水槽- 不同粒径的泥沙样品- 显微镜- 计时器方法1. 将透明的水槽放置在水平台上，保持稳定。
2. 将待测的泥沙样品分别加入水槽中，使其悬浮于水体中。
3. 使用计时器记录每个样品开始沉降的时间，并持续观察其沉降过程。
4. 当泥沙样品完全沉降至底部，停止计时。
结果与讨论本次实验我们选取了不同颗粒粒径的泥沙样品进行测试，观察了它们的沉降速度。
以下是不同颗粒粒径泥沙样品的实验结果：泥沙粒径（mm）沉降时间（s）0.1 350.3 420.5 550.7 681.0 84根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 泥沙的沉降速度与颗粒粒径成反比。
粒径越小的泥沙沉降速度越快。
2. 泥沙的沉降速度受到水中颗粒浓度的影响。
当水中颗粒浓度增加时，泥沙的沉降速度会减慢。
3. 泥沙的沉降速度还与水的黏度有关。
黏度越大，泥沙的沉降速度越慢。
实验过程中，我们还观察到了泥沙样品的沉降过程。
随着时间的推移，泥沙样品逐渐从悬浮状态转为沉降状态，最终沉降到水槽的底部。
在观察过程中，我们使用了显微镜来观察微观颗粒的行为。
结论本次实验通过观察不同粒径泥沙样品的沉降过程，得出了泥沙粒径与沉降速度、水质浓度和水的黏度的关系。
这对于进一步研究河流、湖泊、海洋等自然水体中的沉积特性具有重要意义。
同时，我们也意识到在实际应用中，应根据具体情况选择合适的泥沙样品进行实验，以获得更准确的结果。
参考文献（请参考相关文献格式，将实验所涉及的文献列出）。
河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证
河床泥沙起动流速公式修正及可靠性验证闫红杰;史雅君;周萍;李欢【摘要】在河床泥沙起动的瞬间,颗粒与水相互作用,具有相同的速度.所以在研究泥沙起动流速的时候既要考虑水体对河床泥沙的影响,又要考虑河床泥沙对水体的影响.通过探寻河床有效切应力与水体流速梯度的关系;并考虑河床泥沙内部渗流作用对泥沙起动流速的影响推导出新的均匀泥沙起动流速公式.将此公式与实验资料及前人推导公式进行对比,结果表明本公式的计算精度符合工程应用标准,能弥补采用经典流速分布公式研究泥沙起动流速时的不足;并能较好地应用于组成成分为粗粉土、沙与砾石的泥沙研究中.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)017【总页数】5页(P297-301)【关键词】河床泥沙;有效切应力;渗流;起动流速【作者】闫红杰;史雅君;周萍;李欢【作者单位】中南大学能源科学与工程学院,长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,长沙410083;中南大学能源科学与工程学院,长沙410083;中南大学冶金与环境学院,长沙410083;长沙环境保护职业技术学院,长沙410004【正文语种】中文【中图分类】TV142在河床演变、航道回淤、泥沙污染沉积治理等工程领域中河床泥沙起动的研究是不可忽视的基础性研究。
19世纪末，Du Boys在研究泥沙运动时，考虑泥沙在起动的瞬间会受到一个临界拖曳力的作用，从而提出一个基于静摩擦力原理的简单拖曳力理论。
自此之后，Einstein 等[1]基于统计理论对泥沙运动时的拖曳力进行了无量纲的分析与研究。
Bagnold[2]采用物理学的基本概念，利用总机械能守恒的原理，建立了推移质运动公式。
Rouse根据Shields及他人的试验资料绘测出著名的Shields曲线并推导出泥沙起动的拖曳力公式。
此公式曾一度被欧美工程师用作判别泥沙初始运动的唯一准则[3]。
不过，基于流场和剪切力场之间的关系，更多的学者则是通过研究流速来判定泥沙的起动。
泥沙颗粒生长生物膜后起动的实验研究__起动实验设计及结果分析_尚倩倩
续表 1
沙样
＜ 0． 05 mm 有生物膜
生长 0． 05 ～ 0． 1 mm
时间 /周
0 2 4 6 8
0 2 4 6 8
流量 / （ L·s －1 ）
10． 6 17． 2 18． 0 15． 2 15． 2
9． 9 16． 0 15． 3 13． 3 13． 0
水深 / cm
9． 90 9． 95 10． 05 10． 00 10． 00
散状态下分别为 35 μm 和 77 μm，无超声分散状态下粒径为 45 μm 和 78 μm，沙样的黏性较弱絮凝现象不强。
试验用水分别采用去离子水和天然水，将沙样放置到两个水箱中进行独立培养，室温控制在 （ 15 ±
1） ℃ 。其中天然水体采用的是清华大学荷塘水，用以提供天然水体微生物，保证微生物的天然性以真实反应
关键词： 泥沙颗粒； 起动流速； 生物膜； 天然水体； 去离子水
中图分类号： TV142. 1
文献标志码： A
文章编号： 1001-6791（2011）03-0295-06
泥沙起动是泥沙运动力学研究中的基本问题之一，航道设计、河床稳定和河床演变等方面的研究都需要 知道泥沙的起动条件。对于无黏性沙和黏性沙的起动条件目前已有大量的理论分析和试验研究，并有相对成 熟和广泛应用的计算公式。但传统的泥沙起动流速实验并不考虑微生物等生命活动的影响，而只是关注泥沙 本身的特性和水流之间的相互作用［1-2］。近年来随着水体环境问题的日益复杂化［3-6］，水体营养物质的富集 更利于微生物在固体表面的附着和生长，水环境中广泛存在微生物在泥沙表面生长形成的生物膜，将泥沙颗 粒相互粘连的同时通过包裹泥沙颗粒覆盖在床沙表面，这一现象改变了泥沙颗粒直接的结构关系和床面的形 态，进而对泥沙颗粒的起动特性产生影响。目前生物膜对床面泥沙起动的影响多集中在海陆交界或河口区 域，研究对象以细颗粒泥沙为主。研究表明细菌、藻类等微生物生长能够增强颗粒的抗冲性，而大型生物则 既有可能增强床面稳定性同时又能破坏床面稳定性［7］。值得注意的是淡水和海水的水体环境和其中的生物 群落完全不同，因此形成的生物膜也有所区别，生物膜对海洋环境中泥沙颗粒的影响有别于在淡水系统的影 响。Ulrike 等［8］对受污染的淡水滨河区域中包括大型浮游生物、藻类和细菌等在内的生物分泌物沿深度方向 对泥沙起动特性的影响进行了观测。Vignag 等［9］用直径 1. 09 mm 的玻璃珠在水槽中进行连续 10 周培养，用 来观测生物膜对粗颗粒的起动影响，认为在生物膜的影响下临界拖曳力随时间而波动变化，在最大临界拖曳 力出现后随着时间的增加虽然生物膜仍能增强颗粒稳定性但是增强的程度有所下降。Maurizio 等［10］也曾对 7 个湖泊的表层底泥进行采样并观测受微生物影响的泥沙起动规律。目前观测以实地采样分析为主，而对颗粒 在生物膜影响下进行长序列分组观测的还较少。
泥沙沉速公式讲解学习
泥沙沉速公式泥沙沉速公式研究泥沙沉速时很多方法都是从球体出发，但天然泥沙并非球体，它在下沉时受到的阻力比球体大，其阻力系数通常根据实验确定，关于泥沙的沉速，中外学者提出不少计算公式。
岗恰洛夫公式(1)层流区 ( D < 0.15㎜ )：):(2)紊流区 ( D > 1.5㎜(3)过渡区 ( 0.15 < D < 1.5㎜ )：考虑层流区和紊流区沉速公式的结构形式，认为在过渡区来说，几个主要变量的次方，应该介于层流区与紊流区之间。
考虑量纲法则得到过渡区沉速公式β反映粒径和温度变化改变粘滞性影响的一个附加因素。
D0=0.15cm，计算时D 应与D0的单位一致。
沙玉清公式（1）层流区 ( D < 0.1㎜ )：（2）紊流区 ( D > 2㎜ )：（3）过渡区 ( 0.1 < D < 2㎜ ) ：引进两个无因次判数，一个名为沉速判数Sa ，是沙粒雷诺数ωD/ν及阻力系数CD 的函数。
另一个名为粒径判数Φ，是沙粒雷诺数与沉速判数的函数 。
aS S D Dgνωνγγγφ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=3/23/13/1适用条件：当粒径为0.062到2.0mm 时张瑞瑾公式泥沙下沉时的有效重力31)(DK W S γγ-=K1为泥沙体积系数 泥沙下沉时颗粒所受阻力2232ωρωρυD K D K F +=K2和K3都是无因次系数 由W=F 得到gD K K D K K D K K S γγγυυω-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=31232322121D C gD C D C S υγγγυ1221--+⎪⎭⎫⎝⎛= 并通过大量的泥沙实测资料得出: C1= 13.95 , C2= 1.09则此公式可满足层流区、紊流区和过渡区的要求。
（1）层流区：（2）紊流区：窦国仁公式①既然在过渡区，绕流阻力有表面阻力和形状阻力两部分组成，所以过渡区总阻力F 总=F 表+F 形 。
②绕流属层流状态时，因为泥沙颗粒背后不发生分离现象，在泥沙的表面全部处于滞性状态，泥沙所受的阻力是F 表 。